Studies of the life cycle of <i>Diplocarpon rosae</i> Wolf on roses and the effectiveness of fungicides on pathogenesis

Abstract

The blackspot disease of roses caused by <i>Diplocarpon rosae</i> Wolf teleomorph (anamorph <i>Marssonina rosae</i>) is a widespread and important disease on outdoor grown roses. The development of <i>D. rosae</i> in rose leaves is not clearly understood and no detailed well-documented photographs of the fungus development in the host are available. The control of this pathogen heavily relies on fungicides. The objective of this study was to provide a detailed growth pattern the D. rosae inside the rose leaves and to test the effectiveness of fungicides, the strobilurins and azoles, on the various fungal structures formed by this fungus. <br /> The aggressiveness of various Kenyan and Germany isolates was investigated. A German isolate was used to study the life cycle of <i>D. rosae</i>. The life cycle of the fungus was studied using different staining techniques for the light microscopy and the conventional preparation for electron microscopy: A conidium germinated to form a germ tube, from which an appressorium was sometimes formed. A brown ring that was presumably melanized was formed at the point of penetration of the host cuticle. Upon penetration an infection vesicle was formed in the subcuticular region. Primary hyphae spread from the infection vesicle into the subcuticular and intercellular regions in the host. The subcuticular, intercellular and intramural hyphae formed haustoria of varying shapes in the epidermal cells. The intercellular hyphae also formed haustoria in palisade mesophyll cells. Intracellular hyphae were formed just before the formation of the reproduction structures. Brown heavily ornamented structures formed in the overwintering leaves, opened in spring of the following year to release small thin-walled structures. No ascospores were formed in the subepidermal apothecia-like structures. The strobilurins completely inhibited germination of the conidia of <i>D. rosae</i> but the azoles did not. The azoles were able to destroy the fungal structures in the host even when they were applied after the fungus was fully established in the host but the effectiveness of the strobilurins was limited. Protective and curative tests of the effectiveness of the fungicides were carried out with 100 ppm of the active ingredients. <br /> The study showed that <i>D. rosae</i> is a hemibiotroph: The biotrophic phase is marked by the formation haustoria and the necrotrophic phase by the formation of the intracellular hyphae. The weather conditions in Germany may not be suitable for the development of the ascospores in the subepidermal apothecia. The strobilurins were only effective when applied protectively. The azoles were effective when applied pre and post inoculation.

<strong>Untersuchungen zum Lebenszyklus von <i>Diplocarpon rosae</i> Wolf an Rosen und zum Einfluss von Fungiziden auf die Pathogenese</strong><br /> Der Sternrußtau (Schwarzfleckigkeit), Hauptfruchtform <i>Diplocarpon rosae</i> Wolf, (Neben-fruchtform Marssonina rosae), ist eine häufige und weit verbreitete Krankheit an Freilandrosen. Bisher war weder die Entwicklung des Pilzes im Blattgewebe geklärt, noch waren in der Literatur fotografische Aufnahmen zur endophytischen Pilzentwicklung zu finden. Die Bekämpfung des Pilzes wird überwiegend mit Fungiziden durchgeführt. Die Untersuchungen vorliegender Arbeit umfassen sowohl mikroskopische Studien zur exakten Ausbreitung des Erregers im Rosenblatt als auch die Wirkung unterschiedlicher Fungizide, insbesondere Strobilurine und Azole, auf pilzliche Strukturen. <br /> Zunächst wurde die Aggressivität verschiedener Isolate aus Kenia und Deutschland getestet. An einem deutschen Isolat konnte der Entwicklungszyklus von <i>D. rosae</i> mit verschiedenen Färbetechniken lichtmikroskopisch sowie nach konventioneller Präparation elektronenmikro-skopisch studiert werden: Nach der Konidienkeimung entsteht eine Keimhyphe, von der aus meist ein Appressorium gebildet wird. Auf der Wirtskutikula zeigt sich dann an der Stelle der späteren Penetration ein brauner Ring, der vermutlich melanisiert ist. Nach der Penetration bildet sich in der subkutikulären Region ein Infektionsvesikel. Primäre Hyphen durchdringen von diesem Infektionsvesikel ausgehend subkutikuläre und interzelluläre Wirtsgewebezonen. Subkutikuläre, interzelluläre und intramurale Hyphen bilden in den epidermalen Zellen Haustorien unterschiedlicher Formen. Interzelluläre Hyphen produzieren ebenfalls Haustorien im Palisadenparenchym. Intrazelluläre Hyphen entstehen erst kurz vor der Bildung der Reproduktionsorgane. Braune, stark ornamentierte Strukturen werden vom Pilz auf den überwinternden Blättern gebildet. Diese öffnen sich im Frühjahr des Folgejahres und entlassen dünnwandige Organe. In diesen subepidermalen Apothezien-ähnlichen Strukturen entstehen aber keine Ascosporen. Strobilurine hemmten die Konidienkeimung vollständig, während Azole einen weniger starken Einfluss auf die Keimung hatten. Dagegen zerstörten die Azole alle Pilzstrukturen im Inneren des Gewebes, auch wenn sie sich bereits gut etabliert hatten. Diese Reaktion konnte bei Einsatz der Strobilurine nicht so deutlich beobachtet werden. Alle Fungizidtests zur protektiven und kurativen Wirkung wurden mit jeweils 100 ppm reinem Wirkstoff durchgeführt. <br /> Die Untersuchungen zeigten, dass <i>D. rosae</i> eine hemibiotrophe Lebensweise besitzt: die biotrophe Phase besteht aus der Haustorienbildung und die nekrotrophe Phase aus der Bildung interzellulärer Hyphen. Die deutschen Witterungsbedingungen eignen sich offenbar nicht für eine subepidermale Apothezienbildung. Strobilurine zeigten nur nach protektiver Applikation eine Wirkung. Azole wirkten sowohl bei prä- als auch bei post-inokulativer Behandlung.